富马酸二甲酯的制备 A
顺丁烯二酸合成富马酸二甲酯
Development and Application 开发与应用顺丁烯二酸合成富马酸二甲酯曹克林(山西太明化工有限公司试验中心,太谷,030800)提 要 顺丁烯二酸在过硫酸铵催化下异构成富马酸,富马酸在磷钨酸催化下与甲醇酯化成富马酸二甲酯。
确定了最佳工艺条件,该法具有操作简便,反应条件温和,收率高,产品纯度高等优点。
关键词 富马酸二甲酯,顺丁烯二酸,催化剂,富马酸 富马酸二甲酯(反丁烯二酸二甲酯;DMF )是一种新型的防霉防腐保鲜剂。
它具有低毒、高效、广谱抗菌的特点,对霉菌有特殊的抑菌效果,可用于面包、饲料、化妆品、鱼肉、蔬菜及水果的防霉,DMF 用于面包的防霉效果大大优于丙酸钙[1]。
DMF 具有较好的抗真菌能力,对于饲料的防腐效果优于丙酸盐、山梨酸及苯甲酸等酸性防霉剂,并兼有杀虫作用,毒性低,化学稳定性好,适用pH 值范围较宽,进入机体后很快转化为正常代谢产物富马酸,应用安全性极高,能升华,具有触杀和熏杀双重作用,应用方便,发展前景广阔[2]。
DMF 的合成方法很多,都是以富马酸、马来酸或马来酸酐为原料合成,工艺条件都不完善[3～7]。
前几年由于顺酐市场需求紧张,限制了DMF 的发展,近几年来,我国顺酐工业发展很快,市场供大于求,而深加工则是解决这一问题的良方。
作者比较了国内外的合成工艺,做了大量实验,确立了以顺丁烯二酸异构成富马酸,富马酸再酯化反应合成DMF ,并确定了最佳工艺条件,不但解决了富马酸二甲酯的原料问题,而且为顺酐的深加工找到了一条出路。
1 实验反应的化学方程式如下:HC C H COOHCOOH 催化剂HOOC CHC H COOHCH 3OH催化剂H 3COOC CHC H COOCH 3111 由顺丁烯二酸合成富马酸称取100g 质量分数为40%的顺丁烯二酸溶液装入有搅拌器、温度计、滴液漏斗和冷凝管的250ml 四口烧瓶中,搅拌,油浴加热至80℃,开始分批加入催化剂,此时反应剧烈,控制加入催化剂的速度以维持剧烈反应,反应的温度控制在80～95℃之间,然后于90℃左右恒温30min ,反应过程中即有富马酸从热溶液中结晶析出,反应完全后,冷却、过滤、洗涤、干燥,得到富马酸,测其熔点。
实验二富马酸二甲酯的制取
实验二富马酸二甲酯的制取实验目的：通过酯化反应制备富马酸二甲酯。
实验原理：富马酸二甲酯是一种无色透明的液体，可以作为特定领域的有机溶剂和增塑剂。
制备富马酸二甲酯的方法之一就是酯化反应。
酯化反应是一种将酸和醇或酚反应生成酯的化学反应，反应需要催化剂存在，催化剂可以是浓硫酸、乙酸或碱醇等。
在酯化反应中，酸中含有的羧基和醇或酚中含有的氢氧根离子通过轨道叠加形成新的化学键，形成酯，并形成水。
CH3OH + HOOC(CH3)2 → CH3OOC(CH3)2 + H2O实验仪器和试剂：仪器：恒温水浴装置、滴液漏斗、磁力搅拌器、蒸馏装置。
试剂：甲醇、富马酸，浓硫酸。
实验步骤：1.称取5.00克富马酸，放入干燥瓶内。
2.用滴管向富马酸中滴加5ml浓硫酸，用玻璃棒充分搅拌。
3.将干燥瓶置于恒温水浴中，加热至70℃。
4.向干燥瓶中滴加30ml甲醇，滴加时用玻璃棒搅拌。
5.加热反应，溶液逐渐变为粘稠的无色液体。
6.停止加热，待冷却至室温后再滴加20ml水。
7.将产物倒入蒸馏烧瓶，进行蒸馏。
将收集到40-60℃馏分收集到烧瓶内。
8.将所得的产物用干燥管干燥后即可得到富马酸二甲酯。
实验注意事项：1.反应过程中要避免产生火源，注意安全。
2.滴加浓硫酸时应小心，避免接触皮肤或衣物。
3.蒸馏时要调节温度，收集产品时要切换容器。
4.干燥管中的干燥剂要保持干燥状态。
实验结果：实验操作得到的富马酸二甲酯为无色透明的液体，与商业上购买的富马酸二甲酯相比，色泽、清澈度和性质等均符合质量标准。
在实验条件下，通过酯化反应制备了富马酸二甲酯。
实验操作简单、成本低，得到的产物品质符合要求。
该实验可以作为有机化学实验教学实践之一，帮助学生了解酯化反应的原理、条件和方法，培养实验操作技能和科学精神。
实验五 富马酸二甲酯的制取
3、精制
①将粗品溶在50mL无水乙醇溶剂中，制成沸腾的 饱和溶液； ②将热溶液过滤以除去机械杂质和不溶物（加活性 炭煮沸脱色）； ③将溶液冷却以使物质结晶； ④减压过滤，将结晶从母液中分离出来； ⑤洗涤晶体以除去吸附在晶体表面上的母液（进行 两次结晶）。 ⑥于60~80℃干燥得白色富马酸二甲酯精品。
H
+
O CH3 O
O O
CH3Biblioteka 分子量144.12，能溶于乙酸乙酯、氯仿、丙酮等。熔点101-104℃，沸 点193℃。 副反应：
C H 3 OH
H 2S O 4
硫酸二甲酯在18℃易迅速水解成硫酸和甲醇
三、主要试剂和仪器
试剂：反丁烯二酸9.2mL（15g
, 0.127moL）， 甲醇30mL(23.73g, )，浓硫酸4mL，10%碳酸 氢钠，无水乙醇；活性炭 仪器：250mL三口烧瓶（1个）、冷凝管（1 根）、电动搅拌器、温度计、电热套（1个）、 变压器（1个）、量筒（10mL,50mL）、玻 璃棒（1支）、烧杯（250mL,1个）、锥形瓶 （1个）、 抽滤装置、表面皿 、电子天 平、 酒精灯、橡皮塞、乳胶管
4．称重、计算收率
①称重
ⅰ．先将白色富马酸二甲酯精品研成细末，并 放在干燥器或烘箱中充分干燥。 ⅱ．用电子天平称重，并记录结果。 ②计算收率
摩尔收率=
得到产物的物质量 投入反应系统的原料物 质量
五、注意事项
1．甲醇有毒，操作时应予以注意，切勿溅入
眼睛和口腔； 2．浓硫酸必须缓慢加入，并进行搅拌，避免 局部过热； 3．认真操作，注意力要集中，仔细观察，如 实记录实验现象和数据，注意安全，保持整 洁。
富马酸二甲酯介绍
富马酸二甲酯介绍富马酸二甲酯（Dimethylformamide，DMF）是一种有机化合物，化学式为C3H7NO，分子量为73.091 g/mol。
它是无色透明的液体，具有特殊的气味。
DMF在工业上广泛应用于溶剂、催化剂和反应中间体，同时也被用作纺织品、塑料、颜料等行业中的处理剂或添加剂。
下面将详细介绍富马酸二甲酯的性质、制备方法、应用以及安全注意事项。
1.物理性质：富马酸二甲酯是一种极性有机溶剂，其沸点为153-155°C，密度为0.944 g/cm³，闪点为57°C。
它与水混溶，可溶于大部分有机溶剂如乙醇、乙醚、苯等。
DMF在高温下具有可燃性，与空气形成易燃混合物。
此外，富马酸二甲酯还具有较高的介电常数和表面张力。
2.制备方法：（1）乙化胺法：将甲酰氨与乙烯胺在碱的催化下反应生成，然后再与甲醇反应制备DMF。
（2）二甲胺法：将甲醇与二甲胺在催化剂的作用下反应生成二甲甲酸酯，再与碳酸二乙酯反应后脱除乙酸生成DMF。
（3）甲酰氯法：将无水甲酸与氯化氢反应生成甲酰氯，再与甲胺发生酰胺化反应生成DMF。
3.应用：（1）富马酸二甲酯作为溶剂广泛应用于化学合成、有机合成和催化反应中，能与水、醇、酮、醚等多种溶剂混溶，具有良好的溶解性能。
（2）由于DMF极性较强，因此在染料、颜料、塑料等行业中作为溶剂使用时，能有效增加色料的分散性以及颜料和塑料的染色效果。
（3）由于富马酸二甲酯在很宽的温度范围内都有较好的稳定性，因此可用于高温工艺和高分子材料的制备。
（4）富马酸二甲酯还常被用于纺织行业中的维丝、涤纶纤维和氨纶纤维的溶解、纺丝和交联等工艺过程中，可以达到良好的效果。
4.安全注意事项：（1）DMF与空气中的氧气反应生成高温、易燃的混合物，因此在储存和使用时应避免与明火、静电火花等火源接触，并保持通风良好的工作环境。
（2）富马酸二甲酯经皮肤吸收性极强，对皮肤和黏膜有刺激作用，因此在使用时应注意佩戴防护手套、眼镜等器具，避免直接接触。
富马酸二甲酯的合成
实验四 富马酸二甲酯的合成一、实验目的和要求1.了解一种低毒，高效的食品防腐剂的合成方法。
2. 复习并掌握固体物质熔点的测定方法。
二、实验原理富马酸二甲酯简称DMF. 是一种很有发展前途的食品防腐剂，它具有低毒，高效以及广谱抗菌的特点，对霉菌有特殊的抑制功效。
可用于面包、饮料、鱼、肉、水果等食品防霉。
DMF 可由糠醛氧化或由马来酸酐水解，在浓盐酸中异构化制得富马酸，然后与甲醇进行酯化而得。
本实验采用方法“2”和下列反应制得DMF:此种方法操作简便，原料易得，反应条件易掌握，成本低，收率高。
满足工业化生产的要求。
三、实验仪器及药品OCHOHC CHHOOCCOOHHC HCC CO OHC COOHCOOH HC HOOCCOOHHC HOOCCOOHCH 3OH2HCCOOCH 3H 3COOC250 ml 四颈瓶，球型冷凝管，恒压滴液漏斗，温度计，量筒（10ml, 20ml, 50ml各一个），天平，抽滤瓶，布氏漏斗，直型冷凝管，玻璃棒，水环真空泵，恒温磁力搅拌器，搅拌子。
马来酸酐，浓盐酸，甲醇，浓硫酸，蒸馏水，乙醇。
四、实验方法1.马来酸酐水解为马来酸再转化成富马酸。
在装有回流冷凝管及恒温磁力搅拌器的250ml四颈瓶中，加入9.8 g马来酸酐和15 ml水，恒温使马来酸酐完全溶解（一般在50-55℃），保温5分钟，再逐渐升温至78℃，保持10分钟，然后用恒压滴液漏斗分4次慢慢滴入20ml浓盐酸，在80—90℃保温30分钟，反应过程中有富马酸从热溶液中结晶析出，反应完全后冷却，抽滤得富马酸。
2.富马酸二甲酯的制备将上述得到的富马酸及30ml甲醇加入上述反应器，使反应温度逐渐升至78℃，保温10—15分钟，然后将0.6ml浓硫酸分次滴入反应器中，然后保温回流3小时左右，待反应完全后，蒸出大部分甲醇，趁热将反应产物倒入盛有50 ml 冷水的100 ml 烧杯中，此时有大量固体析出，然后用10%NaHCO3中和未反应的H+，直到没有气泡产生为止，抽滤，用蒸馏水洗涤得粗产品。
有机实验报告(富马酸二甲酯的制备)
有机实验报告(富马酸二甲酯的制备)一、实验目的2.了解了解酯化反应的基本原理和反应条件。
3.学会使用相关实验仪器和设备。
二、实验原理富马酸二甲酯是甲酯的其中一种，通过酯化反应得到。
反应中，甲酸和富马酸缩合成含有羧酸功能基团的二元羧酸，然后与甲醇反应生成甲酯。
反应需要使用一定量的酸催化剂，例如硫酸、磷酸等。
反应式：CH3OH + HOOC(CH2)2COOH → CH3OOC(CH2)2COOH + H2OCH3OOC(CH2)2COOH + CH3OH → CH3COOCH3 + HOOC(CH2)2COOH三、实验步骤1. 在滴加漏斗中加入富马酸（0.021 mol）和甲酸（0.018 mol），加入少量丙酮混合。
将混合物转移到容量为50ml的圆底烧瓶中，在磁力搅拌下加热至70℃。
2. 在加热过程中，将硫酸（催化剂）加入到滴加漏斗中。
3. 一旦反应混合物达到了70℃，立刻开始缓慢地将硫酸滴加到反应体系中，并保持反应体系在温度为70℃。
4. 滴加约15分钟后，将滴加漏斗中的硫酸完全滴入反应体系中。
然后反应体系保持70℃反应，直到反应完成。
5. 至此，反应已经完成，得到的产物为一种无色液态物质。
将产物抽取到干燥的烧杯中，并进行蒸馏。
蒸馏温度为125~128℃，收集温度在125~128℃之间的产物。
四、实验结果1. 实验中，滴加了硫酸催化剂之后，反应混合物的温度逐渐上升。
当温度达到70℃时，滴加漏斗中的硫酸开始滴入反应体系，继续加热，直到反应完全完成。
整个反应体系看起来类似于透明的液体。
2. 经过蒸馏，得到的产物为透明的液体，物质相对分子质量为174.2g/mol，收集率约为82%。
五、实验讨论1. 在本次实验中使用的是硫酸作为催化剂，其催化效果足以加速酯化反应，但应注意不要加入过多的催化剂，否则将导致物质结构的变形。
2. 在反应过程中，反应液的温度应控制在70℃左右。
过高的温度会导致反应失效，而过低的温度则会降低反应速度。
富马酸二甲酯的合成工艺分析研究
富马酸二甲酯的合成工艺研究吾满江·艾力努尔买买提陶敏芳刘远风中国科学院新疆理化研究所，乌鲁木齐 830011关键词：富马酸二甲酯合成应用前景1 前言目前国内外使用于食品和饲料的防腐防霉剂主要有苯甲酸、山梨脱氢醋酸、丙酸、柠檬酸、乳酸及它们的盐类等。
这些产品有的抗菌谱较窄、效果较差、应用pH值范围也较窄，有的价格较高。
如丙酸钙和山梨酸及其盐的使用，在酸性条件下效果交好，使用范围受到了限制，苯甲酸及其钠盐因对人体有害在美国及其他发达国家已提出进用。
富马酸二甲酯简称DMF是一种新的食品防腐剂，它克服了上述产品的缺点，具有高效、毒性低、价廉、耐热性能好、pH值应用范围广泛等优点，是一种具有熏蒸作用的气氛型防霉剂。
不仅可用于食品饲料、水果、蔬菜、粮食的防霉杀虫，而且还可用于皮革、化妆品、纺织品、制药等行业中。
国内研究表明〔1〕，富马酸二甲酯具有较好的抗菌能力，对于饲料防腐防霉效果优于山梨酸、苯甲酸、丙酸及其盐类的防腐剂。
富马酸二甲酯的毒性底，属于敌蓄积性的物质，无致畸突变作用，进入人体后很快转变成正常代谢产物富马酸，无富马酸二甲酯残留物，因此应用的安全性很高，由于富马酸二甲酯的成本底、价格便宜、用途广泛，因而它是一个很有发展前途的防腐防霉剂。
由于马来酸酐廉价易得且成本低，本文中以马来酸酐作主要原料，先合成富马酸，然后富马酸和甲醇直接进行酯化反应合成富马酸并对反应条件进行了研究。
2 富马酸的生产方法富马酸的来源我国目前两中途径：糠醛氧化和顺丁二酸酐的水解、异构化法。
2.1 糠醛氧化合成富马酸糠醛在NaCIO3或KCIO3作用下，加入少量V2O5在95℃～105℃反应3～5h可以得到富马酸〔2-5〕。
王存德等在利用KCIO3氧化糠醛合成富马酸过程中，加入少量的十六烷基三甲基溴化铵，在超声波作用下于60℃反应几个h，得到富马酸〔5〕。
2.2 马来酸酐水解异构化合成富马酸马来酸酐工业上由苯或C4馏分催化剂存在下气象氧化而来，是一种易得的工业原料。
富马酸二甲酯的催化合成
２０ ０ ８年 ｌ ０月
工
程 师 园
富马 酸二 甲酯 的催化 合 成
张 兆贵 ，窦建芝 ，刘艳蕊
（ 坊教 育 学 院 生 物 与 化 学 工 程 学 院 ，山 东 青 州 ２ ２ ０ ） 潍 ６ ５ ０
ｅ ｃ ｆｍｉｅ ａａｙ ｔｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｎ １ ・ Ｈ２ Ｔ ｅｏ ｔ ｍ ｏ ｄ ｔ ｎ ｒ ｓｆｌ ｗ： ｎ １ ５ Ｏ ． ，ｈ ｎ ｅ ｏ ｘ ｄ ｃ ｔ ｌｓ ｏ ｏ ｅ ｆ Ｃ ４ ５ Ｏ， ｈ ｐ ｉ Ｓ ｍｕ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓａ ｅ ａ ｏｌ Ｓ Ｃ ４・ Ｈ２ １ ０ ｇ ｔ ｅ ｉ ｏ
ｍｏ ａ ａｉ ｆｍａｅｉ ｎ ｙ ｉｄ ｔ ｅｈ ｎｏ ｓ１： ，ｈｅ ｒ ａ ｔ ｎ ｔｍｅ ｉ Ｏｈ，ｈｅ ｙｅｄ ｏ ｏ ｃ ｓｏｖ ｒ８ ２％ 。 ｌｒｒ ｔｏ ｏ ｌ ｃ ａ ｈ ｄｒ ｏ ｍ ｔ ａ ｌｉ ６ ｔ ｅ ｃｉ ｉ ｓ３． ｏ ｔ ｉｌ ｆｐｒｄｕ ｔｉ ｅ ４．
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｄｍｅｈ ｌｆ ｍａ ａｅ ｗａ ｙ ｔｅ ｉｅ ｙ ｏ ｅ— ｓｅ ｏ ｍａｅ ｃａ ｈ ｄ ｄ ｎ ｔ ａ ｏ ｎ ｐ ｅ － ｓｒ ｃ ： ｈ ｉ ｔｙ ｕ ｒ ｔ ｓ ｓ ｎ ｈ ｓ ｄ ｂ ｎ — ｔ ｐ ｆ ｍ ｌｉ ｎ ｙ ｒ ｅ ａ ｄ ｍｅｈ ｎ ｌｉ ｒｓ ｚ ｒ ｉ
酸 酐 溶 解 ， 次 加 入 浓 Ｈ Ｐ 硫 脲 、 ａ ｒＳＣ ・ 依 Ｏ 、 Ｎ Ｂ 、ｎ １ ５ 升温 回流 反应 。反应 结 束后 冷 却 ， 滤 ， Ｈ Ｏ， 抽 重结
晶 ， 燥得 Ｄ 干 ＭＦ， 量 ， 算 收率 。产 品 为 白色 片状 称 计
富马酸二甲酯的制备
富马酸二甲酯的制备富马酸二甲酯是一种较为新型的防霉保鲜剂，它不仅对常见的黄曲霉、黑曲霉、青霉、木霉、根霉有较强的抑菌作用，而且对酵母菌、枯草杆菌也有很强的抑菌作用。
与其它防霉剂如苯甲酸、山梨酸、丙酸钙、脱氧醋酸等比较，富马酸二甲醋用量在大幅减小情况下仍可达到同样的抑菌效果。
它广泛应用于饲料、食品、水果、皮革、涂料、纸张等的防霉，具有安全、用量少、使用方便等特点，兼有防虫的效果富马酸二甲酯值大于 2 0 ( 3 0 r l = g ，是低毒性化合物。
富马酸二甲酯可由富马酸直接酯化而得，也可由顺丁烯二酸及顺丁烯二酸酐为原料由于顺丁烯二酸酐来源易得，且制得的富马酸二甲酯成本低，本文采用顺丁烯二酸酐经水解异构化、酯化制备富马酸二甲酯得到了较理想的结果。
1.1 富马酸二甲酯的性状富马酸二甲酯又称为反丁烯二酸二甲酯白色结晶有酯香味，熔点101-104度，沸点193度，溶于乙醇、乙酸乙酯、氯仿、微溶于水常温下可以升华对光和热稳定在紫外线和阳光照射下，加热不分解1 实验部分1.1 原料及其规格顺丁烯二酸酐( 96g/mol,化学纯或工业品)40g（共做9个实验，每个要4g）、甲醇( 化学纯或工业品)150ml、浓盐酸( 化学纯或工业品)16.5ml 、硫酸铁5g、沸石、浓硫酸30ml、仪器：圆底烧瓶、回流冷凝管、布氏漏斗、温度计、搅拌器1. 2 主要反应方程式2 结果与讨论2 .1 富马酸的制备在三颈瓶中加入顺丁烯二酸酐40g，40g水，用浓盐酸16.5ml催化剂，在90-95度回流温度下反应，因产物富马酸不溶于水，经过滤烘干即得固体富马酸，本试验采用浓盐酸为催化剂，改变催化剂的加入量，在沸腾回流温度下反应3 h，测定富马酸的摩尔收率，结果见表 1 。
表 1 催化剂用量对富马酸摩尔收率的影响顺酐/ g 盐酸/ mL 水/ g 温度/ ℃时间/ h 产率/ ( %19. 6 5 20 90 - 95 1 47. 519. 6 8 20 90 - 95 1. 5 94. 89. 2 16 50 85 1 75. 7由表1可见，当催化剂加入量为顺酐重量的1 2 ％～1 5 ％时，富马酸的摩尔收率最高，因此催化剂加入量以顺酐重量的12％为佳表 5 反应时间对富马酸产率的影响温度/ ℃80 90 95 100产品收率/ ( %) 81. 3 93. 2 94. 8 94. 22.2合成方法（两种）将富马酸、甲醇、硫酸投入到装有回流冷凝器,分水器、搅拌和温度计的四颈瓶中,加热使富马酸溶解,然后回流反应一定时间,待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中,外部用冰盐水冷却至 5 ℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,经洗涤、重结晶，干燥得到DMF(2)DMF的合成步骤。
富马酸二甲酯的制备新工艺
８， ）因升华而 具有熏 蒸性 ， 因此具 有接 触 杀菌 和熏蒸杀 菌 的双 重功能 。Ｄ ＭＦ毒性 极 低 ， 人 人体 进
后 ， 快 变成人体 新 陈代谢 的 正常 成 分 “ 马酸 ”不 会 对 人 体产 生 毒 副作 用 １８ 很 富 ， ９ １年 ， 国批 准 美
Ｄ ＭＦ作 为食 品添加 剂 ， 近年来 ， 国 也 已批 准该 品作为 食 品和饲料 防腐保 鲜剂 。 我
进人 脱溶 釜 ， 环使用 ， 至把水 脱完 为 止 ， 循 直 然后 把 甲苯蒸 出 ， 到 Ｎ一氰基 一Ｎ’ 得 一甲基 乙脒 。经 分析 ， 量 ９ ％ ， 含 ４ 收率 ９ ％（ Ｎ一氰 基 乙亚 胺 酸乙酯 计 ） ９ 。 ２ 结论
（）选择 甲苯 为反应 溶剂 ， １ 主要 考 虑 到 它 与水 的共 沸组 成 为 ８ ％ ：９ ６带水 较 为 迅 速 。共 ０４ １． 沸组 成是 影 响脱水速度 的主要 因素 ， 利用 甲苯作 反应 溶 剂 ， 其带 水 速 度 明显 优 于其 它溶剂 ， 高了 提
ｌ 马来 酸酐合 成路 线 （ 一步法 ） 近年来开 发成功 了 马来 酸酐 一步 合成 Ｄ ＭＦ的新 工艺 ， 该工 艺 采用 一 种复 合 催 化剂 ， 具 酯化 兼
和异构 化双重作 用 ， 步反 应在 同反应 器 中一 次 完 成 ， 有 生产 设 备 少 、 艺 操作 简 单 、 应 时 间 三 具 工 反 短、 产品收率 高 、 成本 低 、 污染少 等特 点 ， 今后 合成 Ｄ Ｆ的主要 趋势 是 Ｍ
在运 输和 贮存 过程 中造成 的霉变损 失 ， 尤其 是 在高 温 、 高湿 的条 件下 可避 免 食 品 的变 质 、 化 以及 腐 出现外观 干裂 、 化 、 老 口感 差 等严重影 响市 场销售 的现 象 发生 随着 国 内食 品 工业 的 发展 ， 后 几 今
富马酸及其二甲酯的制备
2、反应过程
O O O
H 2O
OH O
O OH
O
Catalyst
HO OH
Δ
O
maleic acid
maleic anhydride
O
fumaric acid
CH3OH
O
H2SO4
O O
dimethyl fumarate
三、实验仪器与装置
1、仪器
• 锥形瓶、水浴、搅拌器、布氏漏斗、抽 滤瓶、烘箱、熔点仪、梨形烧瓶；回流 装置。
2、实验装置（示意图）
四、实验步骤
1、富马酸（Fumaric acid)
锥形 瓶（2g马来 酐） 15mL水 温热溶解 0.05g硫脲 在80℃水浴搅 拌1h
冷却至室温 抽滤
烘干 称重
2、富马酸二甲酯（ Dimethyl fumarate）
沸石 梨形烧瓶 加热回流2h 冷却
结晶
抽滤
少量甲醇洗 涤、晾干
1仪器2实验装置示意图四实验步骤锥形瓶2g马来温热溶解在80水浴搅拌1h冷却至室温烘干称重15ml水005g硫脲1富马酸fumaricacid2富马酸二甲酯dimethylfumarate梨形烧瓶加热回流2h冷却结晶少量甲醇洗涤晾干称重计算测定产品熔沸石catalyst
富马酸及其二甲酯的制备 2012年 31日星期六 日星期六） （2012年3月31日星期六）
•温度在75℃左右时，将有产物在反应 过程中析出，若将温度稍高，将看不 到产物析出。 • 25mL梨形烧瓶：1.5g富马酸、10mL甲醇、 10 10滴硫酸 •富马酸二甲酯沸点:~192℃,易升华
一、实验目的
掌握富马酸及其二甲酯的制备原理和方法
二、实验原理
一种富马酸二甲酯肠溶微丸及其制备方法[发明专利]
![一种富马酸二甲酯肠溶微丸及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ccd93fe8a6c30c2258019eab.png)
专利名称：一种富马酸二甲酯肠溶微丸及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：齐宜广
申请号：CN201410764111.X
申请日：20141212
公开号：CN104523602A
公开日：
20150422
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种富马酸二甲酯肠溶微丸，包含核心、中间包衣层和肠溶层，其中中间包衣层的包衣材料为共聚维酮，所述的中间包衣层相对于核心，按照重量百分数计算，增重为4％～40％；肠溶微丸可进一步填充胶囊制备成胶囊剂，或混合其它辅料制备成片剂，或混合其它辅料制备成混悬剂。
即使当中间包衣层重量的增加，所述制备的肠溶微丸药物仍然能保持较快的释放速率。
本发明提供的制备工艺简单易行，适合工业化生产。
申请人：广东东阳光药业有限公司
地址：523808 广东省东莞市松山湖北部工业园工业北路1号
国籍：CN
代理机构：北京品源专利代理有限公司
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富马酸二甲酯的制备 A
富马酸二甲酯的制备A,B(作者名字) (作者单位, 广东广州510631) 摘要: 摘要:本实验采用马来酸酐与甲醇在催化剂和加热的条件下,一步合成了富马酸二甲酯.并且采用三因素三水平的方法,探究不同催化剂,配比和反应时间对实验的影响.该法具有操作简单,反应条件温和的优点.同时指出富马酸二甲酯在当今社会的用途,由此可见提高制备效率的迫切性. 关键词: 关键词:富马酸二甲酯合成马来酸酐甲醇富马酸Dimethyl fumarate Preparation Abstract: In this study, maleic anhydride and methanol, catalyst and heating conditions, the step synthesis of dimethyl fumarate. And using three factors and three levels of approach and look at different catalyst ratio and reaction time experiment. The method is simple, the advantages of milder reaction conditions. Also pointed out that dimethyl fumarate use in today's society, we can see the urgency of improving the efficiency of preparation. 引言: 引言: 富马酸二甲酯为由甲醇与富马酸或顺丁烯二酸酐,顺丁烯二酸酯化而成,简称富马酯(DMF) ,学名反丁烯二甲酯,别名延胡索酸二甲酯,结构式( :CHCOOCH3) 2 ,分子式C6H8O4 ,是无色或白色鳞片晶体, 熔点102～105 ℃,常温会升华,无味,略具酯的香味,易溶于氯仿,醇,丙酮,乙酸乙酯,可溶于苯, 甲苯, 4 ,微溶于水及热水中,对光稳定,在紫外线及阳光下72 h 基本无变化,110 ℃热1 h 不分解, CCl 对热,碱,盐也有一定的稳定性.但其水溶液对热的酸,碱稳定性较差,对氧化剂,还原剂,蛋白质,纤维,脂肪,糖等有好的稳定性,对金属无腐蚀性,其水溶液pH 值为6. 7～7. 3 ,所以DMF 性质稳定 . 富马酸二甲酯(DMF)是目前国内研究开发的一种新型防霉防腐剂,它具有良好的抑菌杀菌作用,其应用pH 值范围较广(为3～8) ,可在酸性或中性条件下使用,能抑制30 多种霉菌.这是一种具有高效, 低毒,广谱杀菌,且成本低,价格便宜的防腐防霉剂,发展前景广阔. [1] 1.富马酸二甲酯各种合成方法的比较 1.富马酸二甲酯各种合成方法的比较富马酸二甲酯因用催化剂不同而工艺条件也各异条件也各异. 1.1 因用催化剂不同而工艺条件也各异. [1] 1.1 1.1.1 浓H2SO4 或HCl 为催化剂1 以富马酸:甲醇为1:6(mol 比) ,浓H2SO4 ,与富马酸质量比为0. 1:1 ,用二氯乙烷为溶剂,回流6h ,离心分离,母液继续回流反应4h ,重复上述操作,得二次结晶合并,于甲醇中重结晶,得白色晶片产品,熔点101～102 ℃,产率92. 5 % ,该产品如在水中重结晶,则为白色针状结晶.该法质量及收率都好.近来在上述配比等条件下,用微波连续辐射回流反应,在达同样质量及产品收率情况下,反应时间仅为原来的1/ 8～1/ 10 ,这是由于原料的酸及醇均为极性分子,且存在同种分子及异种分子间的氢键导致分子间缔合,从而降低了反应物活性.而微波可使氢键扭曲而削弱,所以降低分子缔合性,提高反应活性.微波还可提高浓H2SO4 活性,所以低功率已可大大提高反应速度,加速缩短完成反应的时间,在同样设备下,生产能力可提高数倍.本法废酸可加氨制成硫酸铵肥料,从而可减少处理废酸的开支及污染. 该法具有酯产率高, 工艺简单等优点,但使用H2SO4 或HCl 作催化剂具有严重的腐蚀性,易发生副反应,并污染环境等缺点.为克服H2SO4 作催化剂的缺点,近年来国内外许多化学工作者都在探索更好的催化剂取代H2SO4. 1.1 1.1.2 硫酸锆作催化剂[6] 取甲醇:富马酸为8.6:1(mol 比) ,硫酸锆:富马酸为1: 10 (质量比) ,热回流10h ,蒸去未反应甲醇, 稍冷,水洗,用10 % NaHCO3 中和到pH 值7 ,析出结晶,离心分离,水洗晶体,干燥得DMF.熔点102～104 ℃,收率91 %～92 %.该法催化剂Zr(SO4)2nH2O 成本为2 万元/ t ,酯化过程可循环多次用, 每吨DMF 所耗硫酸铝与浓H2SO4 催化剂成本相近,而腐蚀性比浓H2SO4 少,所以反应设备投资可减少一半,且催化剂可过滤掉,没有H2SO4 污染,并且操作条件也大为改善.其甲醇循环量仅为用BF3 乙醚液作催化剂的几分之一,所以甚受工厂欢迎. .1.1.3 BF3 (C2H5) O 作催化剂[7] 1.1 1. 用4A 分子筛脱水后甲醇与富马酸摩尔比为37 :1 ,在BF3 (C2H5) O 催化剂下热回流5h (充分搅拌) ,冷却结晶,离心分离,滤饼用甲醇洗涤,母液甲醇经无水处理后循环利用, 得白色鳞片,熔点101～102 ℃, 纯度99 % , DMF 收率94 %.该法BF3 (C2H5) O 用2 量少,单耗成本低,产品纯度及收率甚好.反应时间短,生产设备利用率高,在搪瓷反应釜内反应已可,投资及卫生条件好,已在工业生产中采用. [8] 1.1 1.1.4 固体超强酸催化合成富马酸二甲酯超强酸是酸强度比100 %硫酸更强的酸.固体超强酸具有不腐蚀设备,不污染环境, 不怕水,耐高温,反应活性高,选择性好,制造容易,在反应体系中易分离,不易中毒等优点,同时可以重复使用,因而具有一定的工业应用价值.张龙等利用固体超强酸TiO2/ SO4 催化合成了富马酸二甲酯,其优化反应条件是:催化剂用量为富马酸的13 % ,酸醇摩尔比为1:8 ,回流7 h ,产品收率达90 % ,分离出的催化剂重复使用10 次,产品收率仍达84.16 % .[9] 1.1 1.1.5 结晶氯化铁催化合成富马酸二甲酯[10] 结晶氯化铁(FeCl36H2 O) 是一种价廉易得的化合物,利用它催化合成富马酸二甲酯, 腐蚀小,三废污染较轻,操作方便,有一定应用价值,其有利应用条件是:当催化剂0.8 g(0.003 mol) ,富马酸5.8 g (0.05 mol) ,甲醇20 ml (0.50 mol) ,即摩尔比为0.06:1:10 ,回流4 h ,得白色结晶产品,收率达61.7 % . .1.1.6 杂多酸催化合成富马酸二甲酯[11] 1.1 1. 杂多酸是由两种以上无机含氧酸缩合而成的多元酸,它不仅具有多元酸和多电子还原能力,而且其酸性和氢化还原性可以通过变换组成元素在很大范围内系统地调节. 它对许多反应具有高的催化活性和选择性,并且不挥发,对热稳定,污染少,可以大大减轻对设备的腐蚀,能够再生和重复使用. 利用磷钨酸催化合成了富马酸二甲酯,其优化反应条件是:当 5 g 富马酸,10 ml 甲醇,1.5 g 磷钨酸,回流 4 h ,然后用氢氧化钠中和得富马酸二甲酯,收率达89 %. 1.1 1.1.7 稀土化合物催化合成富马酸二甲酯[12 稀土化合物是我国易得,资源丰富的化合物,开发稀土化合物的利用很有经济价值.利用三氧化二钕(Nd2O3)催化合成了富马酸二甲酯,当15 g 富马酸,30 ml 甲醇,三氧化二钕用量 3 为 3 % ,回流 4 h ,得产品收率90 %[16].或利用稀土复合固体超强酸ZrO2La2O3/SO4 成功地催化合成了富马酸二甲酯,其最佳反应条件是:当酸醇摩尔比为1:4 ,催化剂用量4%时85℃回流7 h ,趁热滤去催化剂,冷却折出晶体,过滤,重结晶后得产品,转化率为94 % ,纯度大于99 % ,催化剂重复使用6 次后,转化率仍为92.7 % . 1..2 马来酸酐异构酯化法该法采用二步合成法,第一步由马来酸酐水解异构化生成富马酸,第二步由富马酸和甲醇酯化生成DMF.当马来酸酐溶解于甲醇后,大部分很快成马来酸一甲酸,加入转位剂后成富马酸一甲酯,继而被酯化成富马酸二甲酯.由于所用催化剂不同而工艺条件也各异. 1.2.1 以HCl 为主催化剂,H3PO4 为助催化剂法[13] 先把顺丁烯二酸酐与甲酸在HCl 催化下异构化,加热搅拌70～80 ℃回流,继而在H3PO4 下90℃酯化,反应结束后冷却结晶, 过滤, 洗涤, 干燥,得DMF. 熔点102～104 ℃. 反应物中顺丁烯二酸酐:甲醇为1:10(mol 比) ,HCl 20ml ,H3PO4 35ml ,DMF 纯度99 % , 收率94 %.该法产品纯度及收率较高,但催化剂具腐蚀性,在工业上有采用价值.1.2.2 以AlCl3 为主催化剂,H3PO4 为助催化剂法[14 以马来酸酐1mol ,甲醇4mol ,AlCl3 0. 05mol 的比例投料,于78～80℃回流搅拌,继而加H3 PO40. 37mol 于90℃酯化,反应结束后冷却结晶,用饱和NaHCO3 溶液中和,过滤,洗涤, 干燥,用甲醇重结晶,得结晶DMF ,熔点104℃,收率82 %. AlCl3 法比HCl 法腐蚀性小,H3PO4 用量少,成本低,如要熔点101～102℃的DMF ,则收率为90 % ,适合工业化生产.此法具有原料易得,价格低廉,产品成本低的特点,适宜于工业化生产.与第一种方法相比,更重要的是富马酸的用途较广,来源有限,价格较高,而目前我国生产的马来酸酐则发展较快,出现过剩,下游产品开发不够,因此用马来酸酐制取DMF 也是经济效率较好的方法. 1.2.3 以混合催化剂为催化剂[10] 马来酸酐与甲醇在混合催化剂的作用下,一步合成了富马酸二甲酯.确定了最佳工艺条件:三氯化铁0. 5g ,浓硫酸1.0ml ,浓磷酸2.0ml ,硫脲 1.0g ,溴化钠1.0g ,马来酸酐4 g 及甲醇, 4 回流反应2h ,产率达88 % ,产品纯度大于99 %.带有回流装置的三口瓶中加入马来酸酐与甲醇,按比例分别加入几种催化剂,加热回流反应一定时间,待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中, 外部用冰盐水冷却至5℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,经洗涤,重结晶和真空干燥得到纯品DMF.该法具有操作简便,反应时间短的特点. 1.2.4 盐酸,磷酸催化合成富马酸二甲酯盐酸,磷酸催化合成富马酸二甲酯以1 mol (98 g) 顺丁烯二酸酐,10mol (320 g) 甲醇为原料,20 ml 盐酸为催化剂,32 ml 磷酸为助催化剂,回流反应4 h ,得DMF 收率达94 % ,纯度达99 %[2,3],本法原料易得,设备简单,操作方便,产品收率高,纯度高,比起单纯盐酸催化法对设备的腐蚀性稍小,能适合于工业生产. 1.2.5 结晶氯化铁催化合成富马酸二甲酯[8] 本法是利用FeCl36H2O 催化马来酸酐与甲醇发生酯化反应生成马来酸二甲酯,再在溴存在和光照下,发生游离基异构化成富马酸二甲酯. 该法操作方便,原料和催化剂易得,反应条件温和,环境污染较轻,三废排放少.三步反应连同进行,不需要分离马来酸二甲酯,是一种有价值的生产方法.其有利条件是:0.10 mol (9.8 g) 马来酸酐,0.50 mol (20ml) 甲醇,0.0037 mol (1.0 g) 催化剂,回流反应3 h ,再在015 %Br2/ CCl4 存在下经红外线光照15 min ,产品收率58.3 % ,相当于平均单程收率的83 %. 1.2.6 对甲苯磺酸催化合成富马酸二甲酯[9] 与结晶氯化铁一样,对甲苯磺酸同样能催化顺丁烯二酸酐与甲醇的酯化作用,再在Br2 作用下光照游离基转化成富马酸二甲酸. 0.10 mol(9.8 g)顺丁烯二酸酐,0.75 mol (30 ml) 甲当醇,在0.0013 mol (0.25 g)对甲苯磺酸作用下回流3 h ,再加入少量Br2/ CCl4 ,红外灯照射15 min ,可得富马酸二甲酯收率70.8 % ,残留液再加Br2/ CCl4 ,反复光照仍可得少量产品,经 4 次光照总收率可达75 %以上.若按 3 个单程计算,平均单程收率超过90 %.由于对甲苯磺酸是固体,保管,运输,使用方便,用量少,活性高,对设备的腐蚀及污染均比硫酸小,所以生产上有利用价值. 5 1.2.7 树脂催化合成富马酸二甲酯[10] 强酸性阳离子交换树脂是一种固体磺酸,来源容易, 价廉,对设备无腐蚀性,其本身不会产生环境污染,是当前酯化反应中的优良催化剂,已用于部分酯的合成工业生产中,同样能催化顺丁烯二酸酐的酯化,然后在Br2/ CCl4 作用下经光照转化成富马酸二甲酯.其有利条件为:0.1 mol(9.8 g)顺丁烯二酸酐,0.5 mol(20 ml)甲醇,在1.0 g 树脂催化下回流5h ,再在Br2/ CCl4 作用下经红外灯光照15 min ,得富马酸二甲酯收率达68.1 % ,接近对甲苯磺酸的催化效果,而且树脂能够重复使用,活性几乎不变,是开发利用顺丁烯二酸酐合成富马酸二甲酯的有效方法,具有工业应用价值. 1.3 甲醇与马来酸催化合成(HCl 为催化剂[9] 甲醇与马来酸催化合成工艺过程为:加热工业马来酸及甲醇,并在搅拌下滴入浓HCl ,回流30～45min 异构化成富马酸,继而加入甲醇,催化剂,带水剂,热回流3～5h (75～85 ℃) ,冷却结晶,离心过滤,冰水洗涤晶体,干燥得粗DMF ,用甲醇重结晶得精制(干燥过)DMF ,产率91 % ,熔点102～104 ℃,白色鳞片状,纯度99. 75 %.未重结晶DMF 纯度为92. 4 % ,产率95. 1 %. 其投料比马来酸:HCl:甲醇(质量比) 为1:2:2～2. 5 ,催化剂与带水剂分别为马来酸的1/ 5～1/ 3 与1/ 4～1/ 2 (质量比) 为好.该法经济便宜,工艺简单,操作方便,只是盐酸有相当用量及有腐蚀性,但也适合工业上采用,且催化剂及甲醇可循环利用. 1.4 以糠醛为原料合成DMF[12] 以糠醛为原料合成该法也是两步合成法,第一步是糠醛在催化剂V2O5 作用下经KClO3 氧化制得富马酸, 第二步是富马酸和甲醇酯化制取DMF.糠醛是利用农作物加工的副产品玉米芯,燕麦壳和甘蔗渣等为原料制得的重要有机化工原料,用途广泛.我国的糠醛生产能力达10 万t/ a , 产品的80 %～90 %供应国外市场,但近年来由于国际市场的需求下降,使糠醛生产供大于求.以糠醛为原料,经氧化酯化反应合成DMF 是糠醛的深加工,消耗糠醛的途径,在糠醛出口不景气,价格下跌时,用糠醛为原料制得DMF 为糠醛的深加工开辟了一条良好的途径. 2.实验部分6 2.1 原料及仪器马来酸酐,甲醇(AR),三氯化铁(AR),浓磷酸(AR),浓盐酸(AR),浓硫酸(AR), 硫脲(AR),溴化钠(AR),冰水. 调速搅拌器,40 W ,带有控制系统.三口瓶,蒸馏装置,抽滤瓶,布氏漏斗 2.2 实验步骤在带有回流装置的三口瓶中加入马来酸酐与甲醇,按比例分别加入几种催化剂,加热回流反应一定时间, 待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中,外部用冰水冷却至 5 ℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,经洗涤,重结晶和干燥得到纯品DMF. 通过以上方法的比较,设计出以下方法来探究制备富马酸二甲酯的最有条件,本实验讨论回流反应时间,催化剂及甲醇量三个因素对制备结果的影响. 在带有回流装置的三口瓶中加入4g 马来酸酐与甲醇,加入1mL 催化剂,加热回流,待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中,外部用冰盐水冷却至5℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,自然晾干得到DMF. 一共做九组实验,其步骤如上,但其条件就如下表所示,一次进行.最后得出产品, 比较哪组条件是最有条件. 组别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 催化剂( 1 时间(h) mL) 浓硫酸0.5 浓硫酸1.5 浓硫酸2.5 浓盐酸0.5 浓盐酸1.5 浓盐酸2.5 浓磷酸0.5 浓磷酸1.5 浓磷酸2.5 甲醇(mL) 产量8 12 16 12 16 8 16 8 12 1.4 1.9 0.0 3.8 2.4 5.1 0.0 0.0 0.0 产率23.87% 32.39% 0.00% 64.78% 40.91% 86.94% 0.00% 0.00% 0.00% 由以上实验得出用来盐酸作催化剂,甲醇为8Mlm 马来酸酐为4g,回流时间为2.5h 时是产率是最高的,因此采用该条件制备富马酸二甲酯. (由于本实验失败了四个,没办法做三因素三水平的实验分析) 7 在带有回流装置的三口瓶中加入4g 马来酸酐与8mL 甲醇,加入1mL 浓盐酸作催化剂,加热回流反应 2.5h,待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中,外部用冰盐水冷却至5℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,得到纯品6.3gDMF(由于实验时间限制,没法做到完全晾干再称量,产率为107.40%.) 3.分析与讨论该实验在用浓硫酸作催化剂时,一组没有得出产品(产物呈油状),而另外两组得到的产品是褐色的,经查资料分析,没得出产品的那一组可能是甲醇蒸得太多了,导致产品析不出结晶,另一个原因可能是冷却太快结晶太快,导致得不出晶胞,从而析不出结晶.而得到灰色产品的那两组,其原因有可能是在蒸馏过程中温度过高,浓硫酸有很强的氧化性,导致部分产品被氧化,从而呈现灰色. 用浓磷酸作催化剂的三组实验均没有得出产品,在结晶过程中出现油状物, 可能是在蒸发溶剂的时候蒸发的太多了,会出现油状, 用浓盐酸作催化剂三组都得出白色片状晶体, 而且产量较高,较易得到产品,且颜色为白色,因此很实验最终采取用盐酸为催化剂,反应时间为2.5 个小时,甲醇的量为8mL,来制备富马酸二甲酯. 4..富马酸二甲酯的市场开发4.1 富马酸二甲酯的抑菌作用机理富马酸二甲酯能顺利穿透微生物的细胞膜,进入细胞中,抑制微生物细胞的分裂,并通过对二羧酸循环(TCAC)磷酸己糖途径(HMP)和酵解途径(EMP)的酶活性的抑制来抑制微生物的呼吸作用,发挥抑菌作用,从而使微生物的生长繁殖被有效控制. 4.2 新型防霉防腐剂—富马酸二甲酯的抑菌作用[10] 8 作为新型防霉防腐剂—富马酸二甲酯,利用MMF 微溶于冷水,易溶丁乙醉, 接触杀菌和熏蒸杀菌双重功能等特点,可气相杀菌灭虫保鲜,用量虽小而广谱作用大,被广泛使用. 4.2.1 日用品业,农业,交通与国防1) 日用品:化妆品,家庭抹布,肥皂,牙刷等;2)电讯,电话机,传真机, 移动电话,话筒等;3)家电:冰箱,洗衣机,电饭煲,电视机等;4)纺织品,棉毛纺制品,混纺品,化纤品,地毯,床上用品(床单,皮套,枕蕊,枕套)等;5) 居室建材:内墙涂料,塑料纸,家具,门窗等;6) 办公用品:桌凳,纸品的图书, 帐册,文具(笔,圆规,订书机,文件夹,图板,橡皮头,丁字尺等;7) 玩具, 塑料及木质和骨质的多种玩具,纸牌,麻将牌等;8) 医疗卫生:包药纸箱,听诊器,温度计,比重计,助听器,压力计,输液器等;9) 交通设施:汽车,火车,飞机,航天器;10) 其他如粘合剂,印染,商场电梯,把手,柜,乐器,喷雾器,药材,烟草皮毛及其制品. 4.2.2 面包,糕点Mroa (1983 年)指出,面包中添加1×10-9 的DMF 能完全抑制霉菌的生长. 在同样条件下贮存面包,添加丙酸钙的面包可保留14～30d,而添加DMF 的面包在475d 内不长霉.Huhtnen (1983 年)的试验表明, DMF 在细碎熏肉中对肉梭状芽抱杆菌的抗菌性能很好,其在防止毒素形成方面优于含有1×10-10NO2-的罐头[7].含DMF 的食品袋中蛋糕可保存60 d,月饼可存放140 d. 4.2.3 粮食储存全世界粮食在生产,贮运,销售中的损失占20%,其中一半为霉变及虫蛀造成.我国是产用粮大国,年产粮 5 亿t 中因陈粮霉蛀损失490 亿kg.如在粮食包括大米,面粉,玉米,高梁及经济作物中掺人或熏MMF,则霉菌可预防.粮豆等可贮藏250 d 以上,比山梨酸钾防霉剂可多贮1/3 以上时间,DMF 在大米,面粉中防霉有效期长达202d,防霉效果优于山梨酸,对粮贮不仅防霉而且有杀虫功效. 9 4.2.4 水果蔬菜防腐保鲜对水果的贮存,湖南永州市用DMF 药纸/PE 复合膜对柑桔保鲜试验表明,10～25℃室温条件下贮存90d,比对照组减少损失41.7%.晋县果品公司对冬贮鸭梨进行了试用,DMF 使越冬鸭梨黑心率为0.有报道,用 1 g/L,,2 g/L,,3 g/L 的DMF 溶液浸泡橙,晾干后用塑料薄膜包装贮藏,120 d 后烂果率分别为5.8%, 5.0%,1.7%,对照组为19.1%;145d 后,烂果率分别为16.6%,11.2%,10.7%,对照组为44.9%. 4.2.5 调味品防腐保鲜将DMF 用于酱油, 食醋等主要调味品中进行防腐试验,结果证明它对引起酱油,食醋白花变质的酵母菌群和革兰氏阴性菌群有明显的抑制作用,可以延长存放时间而不影响口感与营养成分,为酱油,食醋的防腐保鲜提供更为经济,有效的新方法. 4.2.6 饲料防霉防蛀DMF 在饲料中的防霉效果显著,应用成本低,安全性高,已有许多以DMF 为主剂的防霉剂商品在生产中得到应用,如万路保,霉克星I 号,三唯克霉素,霉天敌,克霉新星,霉净,降霉王等.一般在配合饲料中主要的寄生菌是黄曲霉, 危害也最大,DMF 对黄曲霉有较好抑菌效果. 5. 结语随着我国食品工业的飞速发展,人们对食品防腐保鲜提出了更高的要求,在如何延长食品的保鲜期限,减少运输和贮存过程中造成的损失方面,防腐剂起到了重要作用. 富马酸二甲酯作为高效低毒的防腐剂,凭着其优良的特性和价格优势,具有广阔的应用前景.开发生产富马酸二甲酯具有良好的经济效益和社会效益.我们应加大富马酸二甲酯的合成研究,尽快研究出生产成本低,催化剂腐蚀小,三废排放少,产品纯度高的新工艺和最佳催化剂.10 参考文献: [1] Searle, N. 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有机实验报告富马酸二甲酯的制备
探究不同催化剂对合成富马酸二甲酯反应的影响********（华南师范大学化学与环境学院广州 510006）摘要：顺丁烯二酸酐（马来酸酐）与甲醇在混合催化剂的作用下，一步合成了富马酸二甲酯。
本文从催化剂种类，通过设定对比性实验，从而确定了合成富马酸二甲酯的工艺催化条件。
该法具有操作简便、反应时间短的特点。
Abstract: The dimethyl fumarate is synthesized by one-step from maleic anhydride and methanol in the presence of mixed catalyst. This paper, by setting catalyst type, determines catalytic conditions of the synthesis of dimethyl fumarate..关键词：富马酸二甲酯；合成；催化剂；顺丁烯二酸酐；甲醇；对比。
Key words: dimethyl fumarate; synthesize; catalyst; maleic anhydride; methanol;contrast.富马酸二甲酯的化学名称为反丁烯二酸二甲酯,简称DMF, 分子式 C6H8O4外观为白色粉状结晶,熔点102~104℃,密度1.37, 无味 ,略具酯的香味 ,易溶于氯仿、醇、丙酮、乙酸乙酯 ,可溶于苯、甲苯、CCl4,微溶于水及热水中 ,对光稳定 ,在紫外线及阳光下 72 h 基本无变化 ,110 ℃热 1 h 不分解 ,对热、碱、盐也有一定的稳定性。
在常温下能够缓慢升华。
但其水溶液对热的酸、碱稳定性较差 ,对氧化剂、还原剂、蛋白质、纤维、脂肪、糖等有好的稳定性 ,对金属无腐蚀性 ,其水溶液 pH 值为 6. 7～7. 3 ,所以 DMF 性质稳定。
DMF是80年代国内外研究开发的新型防腐防霉剂 ,它具有很强的生物活性,因升华而具有熏蒸性,故具有接触杀菌和熏蒸杀菌的双重作用,这是一般防霉剂难有的特性,其具有广谱、高效的抑菌、杀菌作用，并具有杀虫作用，毒性低，化学稳定性好，适用的pH值范围较宽，抑菌效果优于防腐剂苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、丙酸以及其它盐类，可应用于食品、饲料、粮食、水果、蔬菜、纺织品、化妆品及药物的防霉、防虫。
从马来酸酐合成富马酸二甲酯
文章编号:1004-1729(2001)02-0126-03收稿日期:2000-11-03作者简介:文瑞明(1963-),男,湖南益阳人,益阳师范高等专科学校化学系副教授.从马来酸酐合成富马酸二甲酯文瑞明,俞善信,龙立平(益阳师范高等专科学校化学系,湖南益阳413049)摘 要:马来酸酐和甲醇在一水硫酸氢钠存在下发生酯化反应,所得产物马来酸二甲酯在光和溴存在下转化成富马酸二甲酯.该法有操作方便、反应条件温和、产品纯度高等优点.关键词:硫酸氢钠;催化剂;酯化;异构化;富马酸二甲酯;马来酸酐;甲醇中图分类号:O 623.6;T Q 225.2 文献标识码:A 富马酸二甲酯(Dimethyl fumarate ,DMF )学名反丁烯二酸二甲酯,是20世纪80年代国外开发利用的一种高效、低毒、广谱、价廉的新型食品和饲料的防腐防霉剂,对黄曲霉有特殊的抑制作用,近一年来我国也已研究、生产和应用.富马酸二甲酯通常是由富马酸和甲醇在无机酸存在下酯化而成.无机酸的强腐蚀性和易引起副反应是众所周知的,更重要的是富马酸通常由马来酸酐来制备,因而富马酸成本较高.我国马来酸酐来源丰富,亟待开发下游产品[1],为此,笔者曾开展过用非无机酸催化由马来酸酐合成富马酸二甲酯的研究[2～4].近斯笔者又注意到硫酸氢钠是一种酸性化合物,同时又是一种价廉易得的无机物,因而开展了利用它催化马来酸酐酯化反应的研究,并在溴和光作用下成功地合成了富马酸二甲酯.其化学反应如下:H —C —C O H —C —COO +CH 3OHH C —C OOCH 3H C —C OOH H C —C OOCH 3H C —C OOH +CH 3OHNaHS O 4·H 2OH C —C OOCH 3H C —C OOCH 3+H 2OH C —C OOCH 3H C —C OOCH 3Br 2/CCl 4h vCH 3OOC —C —H H —C —C OOCH 3第1步为酸酐的醇解反应;第2步为顺丁烯二酸单甲酯在硫酸氢钠作用下的酯化反应;第3步为顺丁烯二酸二甲酯在Br 2和光作用下以自由基形式发生转位,从而形成富马酸二甲酯.1 实验部分1.1 仪器与试剂 电热熔点测定仪,PE -2400CH N 元素分析仪,PE -783型红外光谱仪,PE -λ17型紫外可见分光光度计及常规有机合成仪器.所用试剂均为市售的化学纯试剂.1.2 酯的合成 在100m L 圆底烧瓶中加入9.8g (0.1m ol )马来酸酐、一定量的甲醇和硫酸氢钠,装上回流冷凝管,加热进行回流.反应3h 后再蒸出一部分多余的甲醇(可回收继续使用),稍冷后加入1.0～1.5m L 质量分数为0.5%的Br 2/CCl 4溶液,塞起放入热水浴中,用一定波长第19卷第2期海南大学学报自然科学版V ol.19N o.22001年6月NATURA L SCIENCE JOURNA L OF H AINAN UNIVERSIT YJun.2001的光照射20～30min.然后冷却并加水搅拌则析出结晶的富马酸二甲酯,抽滤,用冷水洗涤,干燥至恒重,测定熔点并进行分析.2 结果与讨论2.1 不同酸性催化剂对反应的影响 为比较不同酸性催化剂的催化效果,笔者采用9.8g 马来酸酐,20m L 甲醇,分别利用浓硫酸、浓盐酸、浓磷酸、硫酸氢钠等为催化剂,回流3h ,再经不同处理,结果见表1.表1 不同酸催化合成富马酸二甲酯的结果反应条件产品收率/% 反应条件产品收率/% 2.0g H 2S O 42.0g HCl +3.0g H 3PO 438.22.0g H 2S O 4,光照1.5g NaHS O 4·H 2O 02.0g H 2S O 4,Br 2/CCl 4,光照49.31.5g NaHS O 4·H 2O ,光照03.0g HCl 32.0[3]1.5g NaHS O 4·H 2O ,Br 2/CCl 4,光照55.63.0g H 3PO 401.0g FeCl 3·6H 2O 03.0g H 3PO 4,光照01.0g FeCl 3·6H 2O ,光照03.0g H 3PO 4,Br 2/CCl 4,光照25.4 1.0g FeCl 3·6H 2O ,Br 2/CCl 4,光照 58.3[2]由表1可见,几种常见无机酸中,只有盐酸不用光照能合成富马酸二甲酯,这是由于HCl加成到顺式双键上生成离子中间体,再转位成反式烯键所致,而硫酸、磷酸却不能使烯键异构化.FeCl 3·6H 2O 虽然是马来酸酐酯化的良好催化剂,但其易吸潮,难于保管和使用,同时合成的产品稍带棕色,需要进行重结晶;而以硫酸氢钠作为催化剂,粗产品不需要重结晶,且产品熔点符合文献要求.下面讨论硫酸氢钠的催化作用.2.2 催化剂用量对反应的影响 采用9.8g (0.1m ol )顺丁烯二酸酐,20m L 甲醇,改变硫酸氢钠用量,回流3h ,再经Br 2/CCl 4光照处理,结果见表2.表2 硫酸氢钠用量对反应的影响催化剂/g 00.5 1.0 1.5 2.0 3.0产品质量/g0 6.7 6.98.08.07.9产品收率/%46.547.955.655.654.8由表2可见,硫酸氢钠的催化作用是明显的,恰当用量为1.5g (0.0108m ol ).用量过多,由于硫酸氢钠不溶于反应体系中,所以变化不大.2.3 醇用量对反应的影响 采用9.8g (0.1m ol )顺丁烯二酸酐,1.5g (0.0108m ol )硫酸氢钠,改变甲醇用量,回流3h ,再经上述处理,结果见表3.表3 甲醇用量对反应的影响甲醇/m L152025303540产品质量/g 6.68.08.59.08.88.8产品收率/%45.855.658.362.561.161.1从表3可知,甲醇用量为30m L (0.75m ol )较恰当,并且其用量增加对反应的影响不明显.2.4 时间对反应的影响 采用9.8g (0.1m ol )顺丁烯二酸酐,30m L 甲醇,1.5g 硫酸氢钠,改变回流时间,再经上述处理,结果见表4.721第2期 文瑞明等:从马来酸酐合成富马酸二甲酯821海南大学学报自然科学版 2001年表4 时间对反应的影响回流时间/h23456产品质量/g 5.69.09.08.88.5产品收率/%38.962.562.561.159.0从表4可知,回流时间为3.0～4.0h较适宜.由于反应体系中生成的水未分离,所以时间过久会有酯的水解等副反应发生.综上所述,在利用硫酸氢钠催化并经光照合成富马酸二甲酯的反应中,酸酐、甲醇和硫酸氢钠的物质的量比为0.1∶0.75∶0.0108=1∶7.5∶0.108,回流3h,再经Br2/CCl4光照后可合成富马酸二甲酯,产品收率最高达62.5%.2.5 硫酸氢钠的重复使用性能 由于硫酸氢钠难溶于反应体系中,极易与反应体系分离,因此笔者利用上述有利反应条件下反应后留于反应瓶中的催化剂,按同样条件重复使用了5次,结果见表5.表5 硫酸氢钠重复使用性能重复使用次数12345产品质量/g9.07.0 6.5 3.5 2.5产品收率/%62.548.645.124.317.4由于每次使用后,硫酸氢钠均有损失,因而造成产品收率逐步下降,但仍能催化该反应,只要每次反应中补充少量催化剂,就能够使产品收率保持一定.2.6 产品分析 利用该法合成的富马酸二甲酯为白色晶体,没有进行重结晶的产品熔点已达到文献值(103～104℃).经元素分析(C6H8O4),测定值(计算值)为C49.99%(50.00%), H5.53%(5.55%).红外光谱(IR,K Br压片)的主要吸收峰(cm-1)为:3065,3005,2958,2850, 1718,1438,1305,1195,1155,1004,880,775,670,520,340,240.紫外分析最大吸收λmax (CH3OH)为207.6nm.以上结果均符合文献[5]要求.3 结束语硫酸氢钠是一种价廉易得的无机晶体,易于保管和使用,反应后不溶于反应体系,易于分离,对设备腐蚀和环境污染很小,操作方便.虽然其最大总收率为62.5%,但它包含了酸酐醇解、酯化和异构化3个步骤,其平均单程收率达85%,因此是一种合成富马酸二甲酯的良好方法.参考文献:[1]林郑卿,陈保珍.我国顺酐工业的现状与发展方向[J].精细石油化工,1992,(2):42-46.[2]俞善信,俞冠源.由马来酸酐合成富马酸二甲酯的研究[J].湖南师范大学自然科学学报,1994,17(3):31-35.[3]刘文奇,俞善信.富马酸二甲酯的合成[J].现代化工,1995,15(7):25-27.[4]俞善信,欧植泽,李善吉.富马酸二甲酯的合成[J].湖南师范大学自然科学学报,1997,20(3):45-48.[5]G RASS LLI J G,RIT CHEY W M.Atlas of spectral data and physical constants for organic com pounds[M].2nd Ed.Cleveland:CRC Press Inc,1975.342.(下转第131页)参考文献:[1]刘惠英,付莎莉,杨振海,等.葡苷化合物作为植物生长调节剂的探索[J ].武汉大学学报(自然科学版),1992,(2):73-77.[2]刘惠英,杨振海,付莎莉,等.1’2O 2(苯甲酰)22’,3’,4’,6’2四2O 2乙酰2β2D 2吡喃葡萄糖类化合物合成[J ].武汉大学学报(自然科学版),1994,(2):85-88.[3]刘惠英,杨振海.苯氧乙酸类四乙酰葡萄糖酯的合成及其生理活性的探索[J ].化学试剂,1994,16(3):151-155.[4]刘惠英,杨振海,陈勇.萘环羧酸类四乙酰葡萄糖酯合成及生物活性研究[J ].武汉大学学报(自然科学版),1997,(4):417.[5]刘明国,付莎莉,刘惠英.邻羧基苯甲酰二茂铁四乙酰葡萄糖基酯的合成及其抗贫血活性[J ].应用化学,1998,15(1):107-109.[6]刘明国,付莎莉,刘惠英,等.二茂铁羧酸四乙酰葡萄糖基酯的合成[J ].化学试剂,1998,20(6):361-362,367.[7]刘明国,童开发,罗光富,等.PT C 法合成52芳基222呋喃甲酸四乙酰葡萄糖酯[J ].有机化学,2000,20(2):198-201.[8]王世玉,陈云东,李翠鹃,等.12O 2芳酰基2β2D 2吡喃葡萄糖四乙酸酯和12O 2芳基2D 2吡喃葡萄糖的立体选项合成[J ].高等学校化学学报,1991,12(4):482-484.Synthesis of T etraacetyl G lucosyl Ester of12H ydroxy 222N aphthoic Acid by Phase T ransfer C atalysisLI U Ming 2guo 1,FU Sha 2li 2(1.Department of Chem istry ,Science and Engineering C ollege of Hubei Sanxia University ,Y ichang 443000,China ;2.Department of Chem istry ,Wuhan University ,Wuhan 430072,China )Abstract :T etraacetyl glucosyl ester of 12hydroxy 222naphthoic acid was synthesized by PT C method and confirmed by IR ,1H NMR ,MS and elemental analysis.T etraacetyl glucosyl ester of 12acetoxy 222naphthoic acid was synthesized by acetylizing tetraacetyl glucosyl ester of 12hydroxy 222naphthoic acid and character 2ized by IR and elemental analysis.K ey w ords :12hydroxy 222naphthoic acid ;tetraacetyl glucosyl ester ;phase trans fer catalysis ;synthesis (上接第128页)Synthesis of Dimethyl Fum arate from Maleic AnhydrideWE N Rui 2ming ,Y U Shan 2xin ,LONGLi 2ping(Department of Chem istry ,Y iyang T eachers C ollege ,Y iyang 413049,China )Abstract :By using s odium bisulfate m onohydrate as catalyst ,esterification reaction takes place between maleic anhydride and methanol.Then the intermediate ,dimethyl maleate is is omerized into dimethyl fu 2marate under light and in the presence of bromine.The method has advantages of sim ple operation ,mild reaction conditions and higher product purity.K ey w ords :s odium bisulfate ;catalyst ;esterification ;is omerization ;dimethyl fumarate ;maleic anhy 2dride ;methanol131第2期 刘明国等:12羟基222萘甲酸四乙酰葡萄糖酯的PT C 法合成。
富马酸及其二甲酯实验报告
富马酸及其二甲酯实验报告实验目的：了解富马酸及其二甲酯的性质和反应特点，掌握其制备方法及检测方法。
实验原理：1.富马酸是一种含羧酸的有机化合物，其化学式为HO2CCH=CHCO2H。
由于具有不对称性，因此其有两种异构构型：顺式富马酸和反式富马酸。
富马酸在水中会形成环状分子，称为内酰亚胺。
2.富马酸二甲酯是一种有机酯类，其化学式为(CH3O2CCH=CHCO2CH3)。
在甲苯和丙酮的混合溶剂中可得到两种异构体：顺式富马酸二甲酯和反式富马酸二甲酯。
富马酸二甲酯可用于合成多种化学物质，如涂料、塑料、树脂等。
实验步骤：1.富马酸制备：取适量顺式富马酸二甲酯，加入1mol/L的乙醇钠溶液中，搅拌30分钟，过滤固体，用乙酸酐水解，得到富马酸。
2.富马酸二甲酯制备：取适量富马酸、甲醇和稀硫酸加入三口瓶中，插入冷却器和磁力搅拌器，在冰水浴中搅拌反应15分钟，过滤得到去除残留硫酸的混合物。
加入适量NaHCO3溶液，使反应停止，并得到富马酸二甲酯。
反应式为：HO2CCH=CHCO2H + CH3OH → CH3O2CCH=CHCO2CH3 + H2O3.检测方法：用红色酚酞-盐酸溶液滴定，可以检测富马酸在酸性溶液中的酸量。
用氢氧化钠-乙酸酐溶液滴定，可检测富马酸二甲酯中羧酸酯的含量。
实验分析：富马酸属于无色晶体，具有酸味，容易溶于水和乙醇，不溶于乙醚和丙酮。
富马酸二甲酯为无色液体，具有水果香味，密度为1.13g/ml，沸点为174℃。
通过本次实验，我们成功制备了富马酸和其二甲酯，并通过滴定法检测到它们的性质和含量。
实验结论：富马酸和其二甲酯是重要的有机化合物，具有广泛的应用前景。
本次实验通过制备和检测，使我们更深入地了解了它们的化学性质和反应特点。
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富马酸二甲酯的制备A,B(作者名字) (作者单位, 广东广州510631) 摘要: 摘要:本实验采用马来酸酐与甲醇在催化剂和加热的条件下,一步合成了富马酸二甲酯.并且采用三因素三水平的方法,探究不同催化剂,配比和反应时间对实验的影响.该法具有操作简单,反应条件温和的优点.同时指出富马酸二甲酯在当今社会的用途,由此可见提高制备效率的迫切性. 关键词: 关键词:富马酸二甲酯合成马来酸酐甲醇富马酸Dimethyl fumarate Preparation Abstract: In this study, maleic anhydride and methanol, catalyst and heating conditions, the step synthesis of dimethyl fumarate. And using three factors and three levels of approach and look at different catalyst ratio and reaction time experiment. The method is simple, the advantages of milder reaction conditions. Also pointed out that dimethyl fumarate use in today's society, we can see the urgency of improving the efficiency of preparation. 引言: 引言: 富马酸二甲酯为由甲醇与富马酸或顺丁烯二酸酐,顺丁烯二酸酯化而成,简称富马酯(DMF) ,学名反丁烯二甲酯,别名延胡索酸二甲酯,结构式( :CHCOOCH3) 2 ,分子式C6H8O4 ,是无色或白色鳞片晶体, 熔点102～105 ℃,常温会升华,无味,略具酯的香味,易溶于氯仿,醇,丙酮,乙酸乙酯,可溶于苯, 甲苯, 4 ,微溶于水及热水中,对光稳定,在紫外线及阳光下72 h 基本无变化,110 ℃热1 h 不分解, CCl 对热,碱,盐也有一定的稳定性.但其水溶液对热的酸,碱稳定性较差,对氧化剂,还原剂,蛋白质,纤维,脂肪,糖等有好的稳定性,对金属无腐蚀性,其水溶液pH 值为6. 7～7. 3 ,所以DMF 性质稳定 . 富马酸二甲酯(DMF)是目前国内研究开发的一种新型防霉防腐剂,它具有良好的抑菌杀菌作用,其应用pH 值范围较广(为3～8) ,可在酸性或中性条件下使用,能抑制30 多种霉菌.这是一种具有高效, 低毒,广谱杀菌,且成本低,价格便宜的防腐防霉剂,发展前景广阔. [1] 1.富马酸二甲酯各种合成方法的比较 1.富马酸二甲酯各种合成方法的比较富马酸二甲酯因用催化剂不同而工艺条件也各异条件也各异. 1.1 因用催化剂不同而工艺条件也各异. [1] 1.1 1.1.1 浓H2SO4 或HCl 为催化剂1 以富马酸:甲醇为1:6(mol 比) ,浓H2SO4 ,与富马酸质量比为0. 1:1 ,用二氯乙烷为溶剂,回流6h ,离心分离,母液继续回流反应4h ,重复上述操作,得二次结晶合并,于甲醇中重结晶,得白色晶片产品,熔点101～102 ℃,产率92. 5 % ,该产品如在水中重结晶,则为白色针状结晶.该法质量及收率都好.近来在上述配比等条件下,用微波连续辐射回流反应,在达同样质量及产品收率情况下,反应时间仅为原来的1/ 8～1/ 10 ,这是由于原料的酸及醇均为极性分子,且存在同种分子及异种分子间的氢键导致分子间缔合,从而降低了反应物活性.而微波可使氢键扭曲而削弱,所以降低分子缔合性,提高反应活性.微波还可提高浓H2SO4 活性,所以低功率已可大大提高反应速度,加速缩短完成反应的时间,在同样设备下,生产能力可提高数倍.本法废酸可加氨制成硫酸铵肥料,从而可减少处理废酸的开支及污染. 该法具有酯产率高, 工艺简单等优点,但使用H2SO4 或HCl 作催化剂具有严重的腐蚀性,易发生副反应,并污染环境等缺点.为克服H2SO4 作催化剂的缺点,近年来国内外许多化学工作者都在探索更好的催化剂取代H2SO4. 1.1 1.1.2 硫酸锆作催化剂[6] 取甲醇:富马酸为8.6:1(mol 比) ,硫酸锆:富马酸为1: 10 (质量比) ,热回流10h ,蒸去未反应甲醇, 稍冷,水洗,用10 % NaHCO3 中和到pH 值7 ,析出结晶,离心分离,水洗晶体,干燥得DMF.熔点102～104 ℃,收率91 %～92 %.该法催化剂Zr(SO4)2nH2O 成本为2 万元/ t ,酯化过程可循环多次用, 每吨DMF 所耗硫酸铝与浓H2SO4 催化剂成本相近,而腐蚀性比浓H2SO4 少,所以反应设备投资可减少一半,且催化剂可过滤掉,没有H2SO4 污染,并且操作条件也大为改善.其甲醇循环量仅为用BF3 乙醚液作催化剂的几分之一,所以甚受工厂欢迎. .1.1.3 BF3 (C2H5) O 作催化剂[7] 1.1 1. 用4A 分子筛脱水后甲醇与富马酸摩尔比为37 :1 ,在BF3 (C2H5) O 催化剂下热回流5h (充分搅拌) ,冷却结晶,离心分离,滤饼用甲醇洗涤,母液甲醇经无水处理后循环利用, 得白色鳞片,熔点101～102 ℃, 纯度99 % , DMF 收率94 %.该法BF3 (C2H5) O 用2 量少,单耗成本低,产品纯度及收率甚好.反应时间短,生产设备利用率高,在搪瓷反应釜内反应已可,投资及卫生条件好,已在工业生产中采用. [8] 1.1 1.1.4 固体超强酸催化合成富马酸二甲酯超强酸是酸强度比100 %硫酸更强的酸.固体超强酸具有不腐蚀设备,不污染环境, 不怕水,耐高温,反应活性高,选择性好,制造容易,在反应体系中易分离,不易中毒等优点,同时可以重复使用,因而具有一定的工业应用价值.张龙等利用固体超强酸TiO2/ SO4 催化合成了富马酸二甲酯,其优化反应条件是:催化剂用量为富马酸的13 % ,酸醇摩尔比为1:8 ,回流7 h ,产品收率达90 % ,分离出的催化剂重复使用10 次,产品收率仍达84.16 % .[9] 1.1 1.1.5 结晶氯化铁催化合成富马酸二甲酯[10] 结晶氯化铁(FeCl36H2 O) 是一种价廉易得的化合物,利用它催化合成富马酸二甲酯, 腐蚀小,三废污染较轻,操作方便,有一定应用价值,其有利应用条件是:当催化剂0.8 g(0.003 mol) ,富马酸5.8 g (0.05 mol) ,甲醇20 ml (0.50 mol) ,即摩尔比为0.06:1:10 ,回流4 h ,得白色结晶产品,收率达61.7 % . .1.1.6 杂多酸催化合成富马酸二甲酯[11] 1.1 1. 杂多酸是由两种以上无机含氧酸缩合而成的多元酸,它不仅具有多元酸和多电子还原能力,而且其酸性和氢化还原性可以通过变换组成元素在很大范围内系统地调节. 它对许多反应具有高的催化活性和选择性,并且不挥发,对热稳定,污染少,可以大大减轻对设备的腐蚀,能够再生和重复使用. 利用磷钨酸催化合成了富马酸二甲酯,其优化反应条件是:当 5 g 富马酸,10 ml 甲醇,1.5 g 磷钨酸,回流 4 h ,然后用氢氧化钠中和得富马酸二甲酯,收率达89 %. 1.1 1.1.7 稀土化合物催化合成富马酸二甲酯[12 稀土化合物是我国易得,资源丰富的化合物,开发稀土化合物的利用很有经济价值.利用三氧化二钕(Nd2O3)催化合成了富马酸二甲酯,当15 g 富马酸,30 ml 甲醇,三氧化二钕用量 3 为 3 % ,回流 4 h ,得产品收率90 %[16].或利用稀土复合固体超强酸ZrO2La2O3/SO4 成功地催化合成了富马酸二甲酯,其最佳反应条件是:当酸醇摩尔比为1:4 ,催化剂用量4%时85℃回流7 h ,趁热滤去催化剂,冷却折出晶体,过滤,重结晶后得产品,转化率为94 % ,纯度大于99 % ,催化剂重复使用6 次后,转化率仍为92.7 % . 1..2 马来酸酐异构酯化法该法采用二步合成法,第一步由马来酸酐水解异构化生成富马酸,第二步由富马酸和甲醇酯化生成DMF.当马来酸酐溶解于甲醇后,大部分很快成马来酸一甲酸,加入转位剂后成富马酸一甲酯,继而被酯化成富马酸二甲酯.由于所用催化剂不同而工艺条件也各异. 1.2.1 以HCl 为主催化剂,H3PO4 为助催化剂法[13] 先把顺丁烯二酸酐与甲酸在HCl 催化下异构化,加热搅拌70～80 ℃回流,继而在H3PO4 下90℃酯化,反应结束后冷却结晶, 过滤, 洗涤, 干燥,得DMF. 熔点102～104 ℃. 反应物中顺丁烯二酸酐:甲醇为1:10(mol 比) ,HCl 20ml ,H3PO4 35ml ,DMF 纯度99 % , 收率94 %.该法产品纯度及收率较高,但催化剂具腐蚀性,在工业上有采用价值.1.2.2 以AlCl3 为主催化剂,H3PO4 为助催化剂法[14 以马来酸酐1mol ,甲醇4mol ,AlCl3 0. 05mol 的比例投料,于78～80℃回流搅拌,继而加H3 PO40. 37mol 于90℃酯化,反应结束后冷却结晶,用饱和NaHCO3 溶液中和,过滤,洗涤, 干燥,用甲醇重结晶,得结晶DMF ,熔点104℃,收率82 %. AlCl3 法比HCl 法腐蚀性小,H3PO4 用量少,成本低,如要熔点101～102℃的DMF ,则收率为90 % ,适合工业化生产.此法具有原料易得,价格低廉,产品成本低的特点,适宜于工业化生产.与第一种方法相比,更重要的是富马酸的用途较广,来源有限,价格较高,而目前我国生产的马来酸酐则发展较快,出现过剩,下游产品开发不够,因此用马来酸酐制取DMF 也是经济效率较好的方法. 1.2.3 以混合催化剂为催化剂[10] 马来酸酐与甲醇在混合催化剂的作用下,一步合成了富马酸二甲酯.确定了最佳工艺条件:三氯化铁0. 5g ,浓硫酸1.0ml ,浓磷酸2.0ml ,硫脲 1.0g ,溴化钠1.0g ,马来酸酐4 g 及甲醇, 4 回流反应2h ,产率达88 % ,产品纯度大于99 %.带有回流装置的三口瓶中加入马来酸酐与甲醇,按比例分别加入几种催化剂,加热回流反应一定时间,待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中, 外部用冰盐水冷却至5℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,经洗涤,重结晶和真空干燥得到纯品DMF.该法具有操作简便,反应时间短的特点. 1.2.4 盐酸,磷酸催化合成富马酸二甲酯盐酸,磷酸催化合成富马酸二甲酯以1 mol (98 g) 顺丁烯二酸酐,10mol (320 g) 甲醇为原料,20 ml 盐酸为催化剂,32 ml 磷酸为助催化剂,回流反应4 h ,得DMF 收率达94 % ,纯度达99 %[2,3],本法原料易得,设备简单,操作方便,产品收率高,纯度高,比起单纯盐酸催化法对设备的腐蚀性稍小,能适合于工业生产. 1.2.5 结晶氯化铁催化合成富马酸二甲酯[8] 本法是利用FeCl36H2O 催化马来酸酐与甲醇发生酯化反应生成马来酸二甲酯,再在溴存在和光照下,发生游离基异构化成富马酸二甲酯. 该法操作方便,原料和催化剂易得,反应条件温和,环境污染较轻,三废排放少.三步反应连同进行,不需要分离马来酸二甲酯,是一种有价值的生产方法.其有利条件是:0.10 mol (9.8 g) 马来酸酐,0.50 mol (20ml) 甲醇,0.0037 mol (1.0 g) 催化剂,回流反应3 h ,再在015 %Br2/ CCl4 存在下经红外线光照15 min ,产品收率58.3 % ,相当于平均单程收率的83 %. 1.2.6 对甲苯磺酸催化合成富马酸二甲酯[9] 与结晶氯化铁一样,对甲苯磺酸同样能催化顺丁烯二酸酐与甲醇的酯化作用,再在Br2 作用下光照游离基转化成富马酸二甲酸. 0.10 mol(9.8 g)顺丁烯二酸酐,0.75 mol (30 ml) 甲当醇,在0.0013 mol (0.25 g)对甲苯磺酸作用下回流3 h ,再加入少量Br2/ CCl4 ,红外灯照射15 min ,可得富马酸二甲酯收率70.8 % ,残留液再加Br2/ CCl4 ,反复光照仍可得少量产品,经 4 次光照总收率可达75 %以上.若按 3 个单程计算,平均单程收率超过90 %.由于对甲苯磺酸是固体,保管,运输,使用方便,用量少,活性高,对设备的腐蚀及污染均比硫酸小,所以生产上有利用价值. 5 1.2.7 树脂催化合成富马酸二甲酯[10] 强酸性阳离子交换树脂是一种固体磺酸,来源容易, 价廉,对设备无腐蚀性,其本身不会产生环境污染,是当前酯化反应中的优良催化剂,已用于部分酯的合成工业生产中,同样能催化顺丁烯二酸酐的酯化,然后在Br2/ CCl4 作用下经光照转化成富马酸二甲酯.其有利条件为:0.1 mol(9.8 g)顺丁烯二酸酐,0.5 mol(20 ml)甲醇,在1.0 g 树脂催化下回流5h ,再在Br2/ CCl4 作用下经红外灯光照15 min ,得富马酸二甲酯收率达68.1 % ,接近对甲苯磺酸的催化效果,而且树脂能够重复使用,活性几乎不变,是开发利用顺丁烯二酸酐合成富马酸二甲酯的有效方法,具有工业应用价值. 1.3 甲醇与马来酸催化合成(HCl 为催化剂[9] 甲醇与马来酸催化合成工艺过程为:加热工业马来酸及甲醇,并在搅拌下滴入浓HCl ,回流30～45min 异构化成富马酸,继而加入甲醇,催化剂,带水剂,热回流3～5h (75～85 ℃) ,冷却结晶,离心过滤,冰水洗涤晶体,干燥得粗DMF ,用甲醇重结晶得精制(干燥过)DMF ,产率91 % ,熔点102～104 ℃,白色鳞片状,纯度99. 75 %.未重结晶DMF 纯度为92. 4 % ,产率95. 1 %. 其投料比马来酸:HCl:甲醇(质量比) 为1:2:2～2. 5 ,催化剂与带水剂分别为马来酸的1/ 5～1/ 3 与1/ 4～1/ 2 (质量比) 为好.该法经济便宜,工艺简单,操作方便,只是盐酸有相当用量及有腐蚀性,但也适合工业上采用,且催化剂及甲醇可循环利用. 1.4 以糠醛为原料合成DMF[12] 以糠醛为原料合成该法也是两步合成法,第一步是糠醛在催化剂V2O5 作用下经KClO3 氧化制得富马酸, 第二步是富马酸和甲醇酯化制取DMF.糠醛是利用农作物加工的副产品玉米芯,燕麦壳和甘蔗渣等为原料制得的重要有机化工原料,用途广泛.我国的糠醛生产能力达10 万t/ a , 产品的80 %～90 %供应国外市场,但近年来由于国际市场的需求下降,使糠醛生产供大于求.以糠醛为原料,经氧化酯化反应合成DMF 是糠醛的深加工,消耗糠醛的途径,在糠醛出口不景气,价格下跌时,用糠醛为原料制得DMF 为糠醛的深加工开辟了一条良好的途径. 2.实验部分6 2.1 原料及仪器马来酸酐,甲醇(AR),三氯化铁(AR),浓磷酸(AR),浓盐酸(AR),浓硫酸(AR), 硫脲(AR),溴化钠(AR),冰水. 调速搅拌器,40 W ,带有控制系统.三口瓶,蒸馏装置,抽滤瓶,布氏漏斗 2.2 实验步骤在带有回流装置的三口瓶中加入马来酸酐与甲醇,按比例分别加入几种催化剂,加热回流反应一定时间, 待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中,外部用冰水冷却至 5 ℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,经洗涤,重结晶和干燥得到纯品DMF. 通过以上方法的比较,设计出以下方法来探究制备富马酸二甲酯的最有条件,本实验讨论回流反应时间,催化剂及甲醇量三个因素对制备结果的影响. 在带有回流装置的三口瓶中加入4g 马来酸酐与甲醇,加入1mL 催化剂,加热回流,待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中,外部用冰盐水冷却至5℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,自然晾干得到DMF. 一共做九组实验,其步骤如上,但其条件就如下表所示,一次进行.最后得出产品, 比较哪组条件是最有条件. 组别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 催化剂( 1 时间(h) mL) 浓硫酸0.5 浓硫酸1.5 浓硫酸2.5 浓盐酸0.5 浓盐酸1.5 浓盐酸2.5 浓磷酸0.5 浓磷酸1.5 浓磷酸2.5 甲醇(mL) 产量8 12 16 12 16 8 16 8 12 1.4 1.9 0.0 3.8 2.4 5.1 0.0 0.0 0.0 产率23.87% 32.39% 0.00% 64.78% 40.91% 86.94% 0.00% 0.00% 0.00% 由以上实验得出用来盐酸作催化剂,甲醇为8Mlm 马来酸酐为4g,回流时间为2.5h 时是产率是最高的,因此采用该条件制备富马酸二甲酯. (由于本实验失败了四个,没办法做三因素三水平的实验分析) 7 在带有回流装置的三口瓶中加入4g 马来酸酐与8mL 甲醇,加入1mL 浓盐酸作催化剂,加热回流反应 2.5h,待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中,外部用冰盐水冷却至5℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,得到纯品6.3gDMF(由于实验时间限制,没法做到完全晾干再称量,产率为107.40%.) 3.分析与讨论该实验在用浓硫酸作催化剂时,一组没有得出产品(产物呈油状),而另外两组得到的产品是褐色的,经查资料分析,没得出产品的那一组可能是甲醇蒸得太多了,导致产品析不出结晶,另一个原因可能是冷却太快结晶太快,导致得不出晶胞,从而析不出结晶.而得到灰色产品的那两组,其原因有可能是在蒸馏过程中温度过高,浓硫酸有很强的氧化性,导致部分产品被氧化,从而呈现灰色. 用浓磷酸作催化剂的三组实验均没有得出产品,在结晶过程中出现油状物, 可能是在蒸发溶剂的时候蒸发的太多了,会出现油状, 用浓盐酸作催化剂三组都得出白色片状晶体, 而且产量较高,较易得到产品,且颜色为白色,因此很实验最终采取用盐酸为催化剂,反应时间为2.5 个小时,甲醇的量为8mL,来制备富马酸二甲酯. 4..富马酸二甲酯的市场开发4.1 富马酸二甲酯的抑菌作用机理富马酸二甲酯能顺利穿透微生物的细胞膜,进入细胞中,抑制微生物细胞的分裂,并通过对二羧酸循环(TCAC)磷酸己糖途径(HMP)和酵解途径(EMP)的酶活性的抑制来抑制微生物的呼吸作用,发挥抑菌作用,从而使微生物的生长繁殖被有效控制. 4.2 新型防霉防腐剂—富马酸二甲酯的抑菌作用[10] 8 作为新型防霉防腐剂—富马酸二甲酯,利用MMF 微溶于冷水,易溶丁乙醉, 接触杀菌和熏蒸杀菌双重功能等特点,可气相杀菌灭虫保鲜,用量虽小而广谱作用大,被广泛使用. 4.2.1 日用品业,农业,交通与国防1) 日用品:化妆品,家庭抹布,肥皂,牙刷等;2)电讯,电话机,传真机, 移动电话,话筒等;3)家电:冰箱,洗衣机,电饭煲,电视机等;4)纺织品,棉毛纺制品,混纺品,化纤品,地毯,床上用品(床单,皮套,枕蕊,枕套)等;5) 居室建材:内墙涂料,塑料纸,家具,门窗等;6) 办公用品:桌凳,纸品的图书, 帐册,文具(笔,圆规,订书机,文件夹,图板,橡皮头,丁字尺等;7) 玩具, 塑料及木质和骨质的多种玩具,纸牌,麻将牌等;8) 医疗卫生:包药纸箱,听诊器,温度计,比重计,助听器,压力计,输液器等;9) 交通设施:汽车,火车,飞机,航天器;10) 其他如粘合剂,印染,商场电梯,把手,柜,乐器,喷雾器,药材,烟草皮毛及其制品. 4.2.2 面包,糕点Mroa (1983 年)指出,面包中添加1×10-9 的DMF 能完全抑制霉菌的生长. 在同样条件下贮存面包,添加丙酸钙的面包可保留14～30d,而添加DMF 的面包在475d 内不长霉.Huhtnen (1983 年)的试验表明, DMF 在细碎熏肉中对肉梭状芽抱杆菌的抗菌性能很好,其在防止毒素形成方面优于含有1×10-10NO2-的罐头[7].含DMF 的食品袋中蛋糕可保存60 d,月饼可存放140 d. 4.2.3 粮食储存全世界粮食在生产,贮运,销售中的损失占20%,其中一半为霉变及虫蛀造成.我国是产用粮大国,年产粮 5 亿t 中因陈粮霉蛀损失490 亿kg.如在粮食包括大米,面粉,玉米,高梁及经济作物中掺人或熏MMF,则霉菌可预防.粮豆等可贮藏250 d 以上,比山梨酸钾防霉剂可多贮1/3 以上时间,DMF 在大米,面粉中防霉有效期长达202d,防霉效果优于山梨酸,对粮贮不仅防霉而且有杀虫功效. 9 4.2.4 水果蔬菜防腐保鲜对水果的贮存,湖南永州市用DMF 药纸/PE 复合膜对柑桔保鲜试验表明,10～25℃室温条件下贮存90d,比对照组减少损失41.7%.晋县果品公司对冬贮鸭梨进行了试用,DMF 使越冬鸭梨黑心率为0.有报道,用 1 g/L,,2 g/L,,3 g/L 的DMF 溶液浸泡橙,晾干后用塑料薄膜包装贮藏,120 d 后烂果率分别为5.8%, 5.0%,1.7%,对照组为19.1%;145d 后,烂果率分别为16.6%,11.2%,10.7%,对照组为44.9%. 4.2.5 调味品防腐保鲜将DMF 用于酱油, 食醋等主要调味品中进行防腐试验,结果证明它对引起酱油,食醋白花变质的酵母菌群和革兰氏阴性菌群有明显的抑制作用,可以延长存放时间而不影响口感与营养成分,为酱油,食醋的防腐保鲜提供更为经济,有效的新方法. 4.2.6 饲料防霉防蛀DMF 在饲料中的防霉效果显著,应用成本低,安全性高,已有许多以DMF 为主剂的防霉剂商品在生产中得到应用,如万路保,霉克星I 号,三唯克霉素,霉天敌,克霉新星,霉净,降霉王等.一般在配合饲料中主要的寄生菌是黄曲霉, 危害也最大,DMF 对黄曲霉有较好抑菌效果. 5. 结语随着我国食品工业的飞速发展,人们对食品防腐保鲜提出了更高的要求,在如何延长食品的保鲜期限,减少运输和贮存过程中造成的损失方面,防腐剂起到了重要作用. 富马酸二甲酯作为高效低毒的防腐剂,凭着其优良的特性和价格优势,具有广阔的应用前景.开发生产富马酸二甲酯具有良好的经济效益和社会效益.我们应加大富马酸二甲酯的合成研究,尽快研究出生产成本低,催化剂腐蚀小,三废排放少,产品纯度高的新工艺和最佳催化剂.10 参考文献: [1] Searle, N. 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